斜拉索—阻尼器系统在风荷载作用下的有限元分析

论文摘要

近年来,斜拉桥以其优美的外形、较大的跨越能力、合理的结构形式、良好的力学性能和相对经济的造价在世界范围内得到了突飞猛进的发展,成为现代桥梁工程中发展最快,最具有竞争力的桥型之一。同时随着斜拉桥跨度的大幅度增长,斜拉索的长度也随之增长,其振动的问题也日渐突出。对于大跨度的斜拉桥,斜拉索的振动控制问题已经成为了斜拉桥建设中首先要解决的关键问题之一。迄今为止,在实际的工程中应用最为广泛的是采用被动的减振阻尼器来控制斜拉索的振动。本文主要对斜拉索-阻尼器系统的减振特性进行了分析,主要做了以下几个方面的研究:1.介绍了斜拉桥的发展情况,斜拉索振动带来的问题与其振动的机理,重点探讨了斜拉索-阻尼器系统理论模型建立与其振动方程的理论。2.描述了脉动风场的自然特性,基于谐波合成法的计算公式,编制了风场模拟的程序,实现了斜拉索脉动风场的有效模拟,得出了斜拉索的风速时程曲线,在此基础上得到了斜拉索的力的时程曲线。3.运用ANSYS大型有限元软件对于斜拉索-阻尼器系统以及单（双）索-阻尼器-梁组合系统进行数值模拟,进行了模态分析,分别求出了系统的自振频率;当阻尼器在不同位置时通过对斜拉索-阻尼器系统进行时程分析,对比了附加阻尼器位置对斜拉索减振性能的影响以及斜拉索振动衰减位移情况的影响;当阻尼系数变化时分析了斜拉索-阻尼器振动衰减时的时称分析,比较了阻尼系数对附加阻尼器减振效果的影;并分析了梁对于附加阻尼器减振效果的影响。通过上述的分析,对阻尼器不同位置和阻尼系数变化时在风荷载作用下的分析,研究了斜拉索-阻尼器系统减振情况,讨论了影响附加阻尼器对拉索减振效果的因素。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 斜拉桥的发展
• §1-2 斜拉索振动带来的问题
• §1-3 斜拉索振动机理的研究
• 1-3-1 斜拉索振动的类型
• 1-3-2 斜拉索抑振方法的概述
• §1-4 本文主要的研究工作
• §1-5 本章小结
• 第二章 斜拉索-阻尼器系统理论模型的建立
• §2-1 斜拉索与阻尼器的基本理论
• §2-2 拉索减振阻尼器的介绍
• §2-3 斜拉索-阻尼器系统中的主要问题
• §2-4 斜拉索振动方程
• §2-5 斜拉索-阻尼器的振动方程
• §2-6 斜拉索-阻尼器-梁组合系统的运动方程
• §2-7 本章小结
• 第三章 斜拉索脉动风场的模拟
• §3-1 概述
• §3-2 风的特性与风对结构的作用
• 3-2-1 风的特性
• 3-2-2 风与结构的相互作用
• 3-2-3 风荷载的计算理论
• §3-3 脉动风场的模拟过程
• 3-3-1 谐波合成法
• 3-3-2 风场模拟程序流程图
• §3-4 斜拉索的风场模拟
• 3-4-1 脉动风速时程的模拟
• 3-4-2 斜拉索上风荷载的计算
• 3-4-3 脉动风力的时程曲线
• §3-5 本章小结
• 第四章 斜拉索-阻尼器系统风致振动的有限元分析
• §4-1 有限元方法的应用
• 4-1-1 有限元方法简述
• §4-2 有限元法的实现
• 4-2-1 结构离散化
• 4-2-2 形函数选择
• 4-2-3 建立单元应力与节点位移关系
• 4-2-4 建立单元节点应力与节点位移关系式
• 4-2-5 建立平衡方程
• 4-2-6 求解未知量
• §4-3 大型有限元软件ANSYS简介
• 4-3-1 ANSYS结构分析功能
• 4-3-2 有限元建模方法
• 4-3-3 有限元单元类型
• 4-3-4 加载求解
• 4-3-5 后处理分析
• §4-4 斜拉索-阻尼器系统模型的建立
• 4-4-1 斜拉索的理论模型
• 4-4-2 模态分析
• §4-5 单索-阻尼器-梁组合系统模型的建立
• 4-5-1 单索-斜拉索-阻尼器组合系统的建模
• §4-6 本章小结
• 第五章 斜拉索-阻尼器系统的减振与衰减特性分析
• §5-1 斜拉索-阻尼器系统的减振分析
• §5-2 单索-阻尼器-梁组合系统的减振分析
• §5-3 双索-阻尼器-梁组合系统的减振分析
• §5-4 斜拉索-阻尼器系统有无梁的减振分析比较
• §5-5 斜拉索-阻尼器系统的振动衰减分析
• §5-6 单索-阻尼器-梁组合系统的振动衰减分析
• §5-7 双索-阻尼器-梁组合系统的振动衰减分析
• §5-8 阻尼器的阻尼系数变化对减振效果的影响
• §5-9 阻尼器的阻尼系数的变化对于衰减的影响
• §5-10 本章小结
• 第六章 结论与建议
• §6-1 主要结论
• §6-2 进一步研究工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果